(Phys.org) – Solvärmepaneler som utvecklats vid EPFL är klädda i unika och patenterade nya material. Forskare skapade en starkare svart beläggning som behåller sin ursprungliga färg och därmed sina absorberande egenskaper mycket längre än traditionella paneler.

Som de flesta delar av en byggnad, livslängden för en solvärmepanel är mellan 25 och 30 år. För att bromsa åldringsprocessen och bibehålla deras prestanda, ett team av forskare från EPFL har, i snabb följd, förbättrat den svarta beläggningen som används för termiska sensorer och utvecklat en original och patenterad metod för att avsätta beläggningen.

Färgen svart är nyckeln till värmepaneler eftersom den kan absorbera upp till 90 % av energin den tar emot. Dock, över tid, effekterna av ljus och värme försämrar det svarta, och panelen blir mindre effektiv. Ingenjörer har utvecklat en innovativ process som avsätter tunna lager av 3 olika material som är mer motståndskraftiga, mer selektiv och mindre giftig än det krom som hittills använts. Som sådant ger detta nya material hög hållbarhet i det fria vid temperaturer på 300°C till 400°C, på så sätt undviker användningen av vakuumrör i glas, som är dyra.

En ny svart beläggning

Martin Joly, vid Laboratoriet för solenergi och byggnadsfysik, forskat på en ny process för omvandling av solvärmeenergi. Han utvecklade en nanokristallin beläggning som visar exceptionell motståndskraft mot höga temperaturer. Den överger det svarta krom som användes för paneler som för närvarande finns på marknaden till förmån för en flerskiktskomposit av kobolt – för dess korrosionsbeständighet, mangan - för svart, och koppar – för dess värmeledningsförmåga.

"Vi ville utveckla selektiva lager som absorberar ljus väl och som är mindre giftiga än krom. Det var därför vi följde spåren av dessa material." Skikt som avsatts genom en kemisk process har en exceptionell värmebeständighet som aldrig uppnåddes med traditionella krombeläggningar. Faktiskt, de tål temperaturer på 360 grader Celsius utan att försämras vid kontakt med luft.

För en platt sensor, den faktiska medeltemperaturen är cirka 80°C, och på sommaren kan temperaturen nå 200° C. Utsätts regelbundet för luft och fukt, sensorn måste hålla i 25 år på en byggnad, vilket inte är så lätt.

"Hållbarheten hos våra material vid temperaturer över 360°C kan också vara av intresse för värmekraftverk, säger Andreas Schüler, som leder forskargruppen.

Från nanopartiklar till fullskaliga prototyper

För att gjuta de 3 olika elementen i tunna och homogena lager, forskarna tvekade inte att arbeta i full skala:"När man forskar på nanopartiklar, du använder normalt prover. För oss, vi satte utmaningen att belägga 2 meter långa rostfria stålrör, " förklarar forskaren. För att uppnå detta, forskarna var tvungna att bygga lämpliga maskiner för sitt projekt.

Material deponeras genom successiv doppning, och varje lager värms upp genom induktion som förångar kolet och fixerar elementen. "Vi började med att köpa enkla motstånd, sedan provade vi induktion och fick resultat som vida överträffade våra förväntningar, säger forskaren.

Denna metod har fördelen att den är snabb, med imponerande energieffektivitet och en förbättrad kvalitet i resultaten. Och skikten är perfekt deponerade och homogena. Vad mer, ett patent har lämnats in på denna nya metod. Arbetet som utförts av Martin Joly har resulterat i två publikationer. En i Solenergi , på de svarta kromfria komponenterna och deras optiska egenskaper, vann priset för bästa papper 2012–2013.